Fotovoltaik Cıvatalar: Türler, Malzemeler ve Seçim Kılavuzu

Fotovoltaik cıvatalar güneş panellerini, montaj raylarını, raf çerçevelerini ve zemin ankrajlarını eksiksiz, yapısal olarak sağlam bir PV sistemine sabitleyen bağlantı elemanlarıdır. Bunlar genel donanım deposu cıvataları değildir. Güneş enerjisi kurulumunun çalıştığı dış ortam (UV radyasyonu, -40°C'den 85°C'ye termal döngü, kıyı tuzu spreyi veya endüstriyel kirlilik), sıradan karbon çeliğinin 25-30 yıllık sistem ömrü boyunca karşılayamayacağı bağlantı elemanlarına yönelik talepler doğurur.

Yanlış cıvata kalitesi veya malzemesinin seçilmesi galvanik korozyona, rüzgar yükü altında gevşemeye veya ekipman garantilerini geçersiz kılan ve güvenlik tehlikeleri oluşturan yapısal arızalara neden olabilir. Bu kılavuz, gerçek PV kurulumlarında en önemli olan türleri, malzemeleri, standartları, tork gereksinimlerini ve seçim kriterlerini kapsar.

Güneş Sisteminde Fotovoltaik Cıvataların Kullanıldığı Yerler

Tipik bir çatı üstü veya yere monteli PV sistemi, her biri farklı yük gereksinimlerine ve maruz kalma koşullarına sahip birden fazla yapısal bağlantı noktasında bağlantı elemanları kullanır:

• Panel kelepçe cıvataları: Panel çerçevesini montaj rayına tutan orta kelepçeleri ve uç kelepçeleri sabitleyin. Panel sıcaklıkları günlük olarak dalgalandığından bunlar en sık görülen termal döngüyü görür.
• Ray ekleme ve raydan brakete cıvatalar: Ray bölümlerini bağlayın ve rayları çatı montaj braketlerine veya zemin direklerine takın. Rüzgar kaldırma kuvvetinin ve kar yüklerinin yapı boyunca aktarılması açısından kritiktir.
• Çatı nüfuz gecikme cıvataları: Yanıp sönen montaj parçalarını veya balast ayaklarını çatı kirişlerine sabitleyin. Çatı yapısında pas lekelenmesini ve korozyonu önlemek için paslanmaz çelik gerekir.
• Zemine monte ankraj cıvataları: Çakılmış kazıkları, sarmal ankrajları veya beton temelleri raf çerçevesine sabitleyin. Genellikle sistemdeki en büyük bağlantı elemanları — büyük ölçekli kurulumlarda M16'dan M24'e kadar.
• İnvertör ve birleştirici kutu montaj cıvataları: Elektrik muhafazalarını duvarlara veya çerçevelere takın. Kaçak akımları önlemek için bazı konfigürasyonlarda elektriksel izolasyon gerektirir.
• Topraklama bağlama donanımı: Elektriksel süreklilik sağlamak için alüminyum rayların anodize yüzeyini delen tırtıklı flanş cıvataları veya topraklama klipsleri.

PV Raf Sistemlerinde Yaygın Olarak Kullanılan Cıvata Çeşitleri

PV raf üreticileri, sistemlerini, ince alüminyum profillere aşırı tork uygulanmadan hızlı kuruluma ve güvenilir sıkıştırmaya olanak tanıyan belirli cıvata geometrileri etrafında tasarlar. En yaygın türler şunlardır:

Malzeme Seçimi: Neden Paslanmaz Çelik PV Bağlantı Elemanlarına Hakim Oluyor?

Fotovoltaik cıvatalar için en önemli malzeme kararı korozyon direncidir. Güneş sistemleri aşağıdakiler için tasarlanmıştır: 25–30 yıllık operasyonel ömürler ve bağlantı elemanlarının tüm bu süre boyunca pas kaynaklı gevşeme, tutukluk veya yapısal bozulma olmadan hayatta kalması gerekir.

Paslanmaz Çelik A2 (304) ve A4 (316)

Çoğu PV raf sistemi A2 veya A4 paslanmaz çelik cıvataları belirtir. Pratik fark molibden içeriğidir: A4 (316) paslanmaz %2–3 molibden içerir Bu, kıyı ve deniz ortamlarındaki özel arıza modu olan klorür kaynaklı oyuklanma korozyonuna karşı direnci önemli ölçüde artırır. A2 (304) iç kısımdaki kurulumlara uygundur; A4 (316) kullanılmalıdır. 1-5 km'lik kıyı şeridi veya havadaki klorürlerin bulunduğu sanayi bölgelerinde.

Zemine Montaj için Sıcak Daldırma Galvanizli (HDG) Çelik

Büyük yere monteli kurulumlarda (özellikle kamu hizmeti ölçeğindeki güneş enerjisi çiftlikleri) ankraj cıvataları ve ana çerçeve bağlantıları için genellikle sıcak daldırma galvanizli (HDG) yapısal cıvatalar kullanılır. HDG kaplama kalınlığı 85 µm veya daha fazla (ASTM A153 veya ISO 1461'e göre) Büyük ölçekte tamamen paslanmaz donanıma göre önemli ölçüde daha düşük maliyetle çoğu toprak ortamında 30-50 yıl korozyon koruması sağlar. Galvanik korozyon riski nedeniyle alüminyum raflarla doğrudan temasın meydana geldiği yerlerde HDG önerilmez.

Galvanik Korozyon: Alüminyum-Çelik Arayüzlerdeki Gizli Risk

Hemen hemen tüm PV raf rayları ekstrüde alüminyumdan yapılmıştır (6005-T5 veya 6061-T6). Paslanmaz çelik cıvatalar ıslak ortamda alüminyumla temas ettiğinde galvanik bir hücre oluşur. Galvanik seride paslanmaz çelik ve alüminyum arasında 0,25–0,50 V fark vardır — A2/A4 cıvataların bu eşleştirmede genel olarak kabul edilebilir sayılmasına yetecek kadar yakın. Bununla birlikte, alüminyumla doğrudan temas halinde olan karbon çeliği veya HDG cıvatalar sorunludur; potansiyel fark, bağlantı yerindeki alüminyum korozyonunu hızlandırır. Alüminyum-bağlantı elemanı arayüzlerinde daima paslanmaz veya alüminyum uyumlu donanım kullanın.

PV Uygulamaları için Cıvata Sınıfı ve Mukavemet Gereksinimleri

PV cıvatalarının onlarca yıl boyunca devam eden rüzgar kaldırma yüklerine, kar yüklerine ve sismik kuvvetlere dayanması gerekir. Cıvata mukavemeti, özellik sınıfına (metrik) veya kaliteye (inç) göre tanımlanır:

Çoğu konut ve ticari çatı sistemi için, A2-70 paslanmaz standart özelliktir . Kıyı bölgeleri, yüksek rüzgarlı alanlar (ASCE 7 rüzgar hızı ≥ 130 mph) veya raf mühendisinin yapısal hesaplamalarının daha yüksek cıvata ön yükünü gerektirdiği herhangi bir kurulum için A4-80'e yükseltme yapılması önerilir.

PV Cıvatalarının Tork Özellikleri: Aşırı Sıkma Neden Az Sıkma Kadar Tehlikelidir?

Fotovoltaik cıvataların tork özellikleri çoğu montajcının beklediğinden daha sıkıdır. Güneş enerjili raflarda kullanılan alüminyum ekstrüzyonlar nispeten yumuşaktır. 6005-T5 alüminyumun akma dayanımı yalnızca 240 MPa'dır içine vidalanan paslanmaz cıvatalar için 700 MPa ile karşılaştırıldığında. Alüminyum somun veya ray kanalındaki dişlerin aşırı sıkılması, tüm ray bölümünün değiştirilmesini gerektirir.

Düşük tork, eklemin yeterince önceden yüklenmemesine neden olur ve sürtünme yorgunluğuna ve kademeli gevşemeye neden olan rüzgar titreşimi altında harekete izin verir. Yaygın PV cıvata boyutları için üreticinin belirlediği tipik tork değerleri:

Son sıkma için daima kalibre edilmiş bir tork anahtarı kullanın. Maksimum torka ayarlanmış darbe sürücüleri, PV panel kelepçe cıvataları için kabul edilemez; bunlar rutin olarak üretici sınırlarını aşar. Birçok raf üreticisi tork değerlerini kuru olarak belirtir (yağlayıcı olmadan); tutukluk önleyici veya diş yağlayıcı uygulandıysa aynı kelepçe kuvvetini elde etmek için torku yaklaşık %20-25 oranında azaltın.

Gevşemeyi Önleyici Özellikler: 25 Yıl Boyunca Cıvata Gevşemesini Önler

Güneş enerjisi kurulumları, rüzgardan kaynaklanan sürekli düşük genlikli titreşime ve alüminyum rayın günlük termal genleşmesine ve daralmasına maruz kalır (alüminyum, 23,6 µm/m·°C — 6 metrelik bir ray bölümü -10°C kış gecesi ile 60°C yaz paneli yüzey sıcaklığı arasında yaklaşık 12 mm büyür ve daralır). Bu hareket, gevşemeyi önleyici hükümlere sahip olmayan cıvataları kademeli olarak geri çekebilir.

PV sistemlerinde kullanılan yaygın gevşeme önleyici çözümler şunları içerir:

• Naylon uçlu kilit somunları (Nyloc): Çatı üstü PV'de en yaygın kullanılan çözüm. Naylon yaka cıvata dişini kavrar ve dönmeye karşı direnç gösterir. Yaklaşık 100°C'ye kadar etkilidir — bağlantı kutusu muhafazaları lokal ısı oluşturuyorsa uygunluğu doğrulayın.
• Tırtıklı flanş somunları ve cıvataları: Tırtıklar birleşme yüzeyine yapışır ve dönmeye mekanik olarak direnç gösterir. Yüzey sertliğinin çentiklerin düzgün bir şekilde birbirine geçmesine izin verdiği durumlarda bağların ve yapısal bağlantıların topraklanması için kullanılır.
• Yaylı kilit rondelaları: DIN 65151 titreşim testine göre dinamik yükleme altında genellikle naylon somunlara göre daha az güvenilir kabul edilir; yalnızca raf üreticisi tarafından belirtilen yerlerde kullanın.
• Diş sabitleyici yapıştırıcı (Loctite 243 veya eşdeğeri): Düşük titreşimli konumlardaki küçük çaplı cıvatalar için etkilidir. Gelecekte yeniden torklama veya panelin yeniden konumlandırılmasını gerektirebilecek saha bağlantıları için pratik değildir.
• İki somunlu (sıkıştırma somunu) konfigürasyonu: Hem titreşim direncinin hem de sahada ayarlanabilirliğin gerekli olduğu zemine monte ayar ayaklarında kullanılır.

Fotovoltaik Cıvatalarla İlgili Standartlar ve Sertifikalar

PV sistem sertifikaları ve yapısal izinler, bağlantı elemanlarının belgelenmiş malzeme ve boyut standartlarını karşılamasını giderek daha fazla gerektirmektedir. En çok başvurulan standartlar şunlardır:

• ISO 3506: Paslanmaz çelik bağlantı elemanlarının mekanik özelliklerini düzenleyen birincil uluslararası standart. A2-70, A2-80, A4-70 ve A4-80 özellik sınıflarını belirtir. ISO 3506'yı referans alan uygunluk sertifikaları, birçok kamu hizmeti ölçeğindeki EPC yüklenicisi tarafından istenmektedir.
• ASTM F593 / F594: Paslanmaz çelik cıvata ve somunların ABD eşdeğeri. Metrik ISO donanımının belirtilmediği ABD yapı kuralları kapsamındaki projeler için gereklidir.
• ASTM A307 / A325 / A490: HDG yere monte çelik yapılarda kullanılan karbon ve alaşımlı çelik yapısal cıvataları yönetin.
• ISO 1461 / ASTM A153: Sıcak daldırma galvanizli bağlantı elemanları için minimum kaplama kalınlığını belirtin; HDG ankraj cıvatalarının korozyon ömrünü doğrulamak için kritik öneme sahiptir.
• IEC 61215 / IEC 61730: Bunlar modül standartları olmakla birlikte, rafların ve bağlantı elemanlarının dayanacak şekilde tasarlanması gereken mekanik yük koşullarını (rüzgar, kar, dolu) belirterek montaj donanımını dolaylı olarak yönetir.

İznin gerekli olduğu kurulumlar için, cıvata tedarikçilerinden bu standartları referans alan malzeme test raporları (MTR'ler) veya uygunluk sertifikaları talep edin. Sahte özellik sınıfı işaretleriyle etiketlenmiş sahte veya standart altı bağlantı elemanları belgelenmiş bir sorundur düşük maliyetli tedarik zincirlerinde — yerleşik dağıtım kanalları dışında donanım tedarik eden büyük projeler için üçüncü taraf kimyasal bileşim ve sertlik doğrulaması tavsiye edilir.

Fotovoltaik Cıvata Seçimi İçin Pratik Kontrol Listesi

Bir PV projesi için bağlantı elemanları belirlerken veya tedarik ederken aşağıdaki kontrol listesini kullanın:

1. Raf üreticisinin kurulum kılavuzunun gerektirdiği cıvata tipini (T başlı, altıgen başlı, taşıma cıvatası veya gecikmeli cıvata) doğrulayın ve mühendislik onayı olmadan farklı kafa stillerini değiştirmeyin.
2. Seç A4-316 paslanmaz kıyı, deniz veya yüksek nemli ortamlar için; A2-304 paslanmaz iç kesimlerdeki kuru iklimler için kabul edilebilir.
3. Belirt A2-70 veya A4-70 minimum özellik sınıfı standart çatı sistemleri için; Yapısal hesaplamalara göre şiddetli rüzgar veya yüksek kar yükü olan alanlar için A4-80'e yükseltin.
4. Tüm somunların ve rondelaların cıvatayla aynı paslanmaz kalitede olduğundan emin olun; A2 cıvataları karbon çeliği somunlarla karıştırmak, somunun korozyonunu hızlandıran galvanik bir çift oluşturur.
5. Gevşemeyi önleyen hükümleri doğrulayın: panel kelepçeleri ve çoğu ray bağlantısı için naylon somunlar; Topraklama sürekliliğinin gerekli olduğu tırtıklı flanş donanımı.
6. İzin ve garanti amacıyla proje belgeleriyle birlikte uygunluk sertifikaları (ISO 3506 veya ASTM eşdeğeri) alın ve dosyalayın.
7. Son sıkma için darbeli tornavida değil bir tork anahtarı kullanın ve gelecekteki herhangi bir İşletme ve Bakım inceleme referansı için tork değerlerini devreye alma raporuna kaydedin.